对TC11钛合金标准疲劳试件进行激光喷丸处理，利用高周振动疲劳试验验证强化效果，通过断口观察分析疲劳机理，再从微观组织、残余应力和显微硬度等方面分析激光喷丸提高TC11钛合金疲劳性能的强化机制。试验结果表明，强化后疲劳试件的疲劳极限由483 MPa提高到593 MPa；强化试件的裂纹源位于次表层深0.2 mm处，平坦区扩大，快速扩展区产生大量二次裂纹和排列紧密的疲劳条带。表层发生较高程度细化，形成尺寸为40~80 nm的纳米晶；并引入高数值残余压应力，表面残余应力达-591.5 MPa，其塑性变形层深度达1 mm，且表面硬度提高19%。TC11钛合金标准疲劳试件强化后疲劳强度提高主要是因为高程度组织细化和高数值残余压应力的综合作用，进而阻碍裂纹萌生和降低扩展速率。

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片, 对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化, 用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化, 并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明: 激光冲击材料后表面组织得到明显细化, 随着冲击次数的增加, 先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面, 表面硬度在冲击一次即可提高19%, 硬度影响深度达到700 μm; 与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa, 在500 μm深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后, 标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。

材料的疲劳过程是能量耗散的过程,它在宏观上表现为热耗散。能量理论是研究材料疲劳行为的微观机理和宏观现象的桥梁。利用具有准确、快速、便捷、低成本等优点的红外热像仪测量了45# 钢疲劳过程中的温度变化,并对疲劳过程中引起温升的机制进行了探讨。通过对试验数据的分析,快速确定了45# 钢的疲劳极限,而且实测值处于疲劳极限估算值的范围内。